指示表检定仪示值误差测量方法探讨
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ＩＪ研究园地 指示表检定仪示值误差测量方法探讨 杨昭信 （广州计量检测技术研究院，广东广州５１０６６３） 摘要：随着科学技术的进步，解决了从前指示仪难以兼顾量程与精度的问题，使得直接测量指示表检定仪示值误 差变为可能。分析使用光栅线位移测量装置直接测量光栅式指示表检定仪示值误差的不确定度，检验其可行性。该 方法比传统的使用量块、指示仪作标准器，具有更方便、快捷且不降低测量准确度的优点。 关键词：指示表检定仪；光栅线位移测量装置；示值误差；不确定度 Ｏ引言 按ＪＪＧ２０１—２００８指示类量具检定仪检定规程，百 分表检定仪示值误差使用４等量块和示值误差不超 过±ｌ ｍ的指示仪检定，千分表检定仪、光栅式指示表 检定仪用３等量块、示值误差的误差限不超过±０．１ ｍ 的指示仪检定。为避免量块与指示表检定仪测杆贴合 不好而产生测量误差，检定时尽可能将指示表检定仪 竖立放置，在测杆上安装三珠工作台，把量块放在三 珠工作台上，再使指示仪与量块接触。机械式百分表 检定仪及数控式百分表检定仪的结构难以竖立放置， 在测量时只能人为地施加外力使量块与检定仪测杆 贴紧，由此会产生一定的误差，影响测量精度。使用量 块作为标准器，还需要在示值误差计算时将量块偏差 引入，存在大量的运算。 为了简化测量方法及计算过程。本文探讨使用直 接测量的方式，使用光栅线位移测量装置直接测量。 通过评估此方法测量光栅式指示表检定仪示值误差 的不确定度，检验可行性。由于光栅式检表仪示值误 差的允差均小于等于百分表检表仪（机械、数控式）、 千分表检表仪，如果该方法能满足Ｕ＜１／３ＭＰＥＶ（光栅 式检表仪最大允许误差）要求，则同样满足检定百分 表检表仪（机械、数控式）、千分表检表仪的要求。 １测量方法 ｆ０～５０）ｒａｍ的光栅式指示表检定仪的示值误差使 用分辨力为０．０１￣ｍ，精度为±０．２Ｏ ｍ，量程５０ｍｍ的 光栅线位移测量装置直接测量。 ２数学模型 ｙ＝ｅ￣－ｅ ［ ］ 式中：ｙ～被检仪器的示值误差； ｅ～一各受检点示值误差中的最大值； ｅ 一各受检点示值误差中的最小值。 各受检点示值误差 ｅｉ＝Ｌｉ一 ｉ 式中： ｅ 一第ｉ受检点在该行程检点中的示值误差，ｍｍ； ａｉ一检第ｉ受检点时光栅线位移测量装置的读 数。ｍｍ： Ｌ；一被检仪器在第ｉ受检点的示值，ｍｍ。 贝０ ｙ＝Ｌ。 一ａ一一Ｌ 血＋ａ （１） 考虑环境温度的影响，式（１）可改写为 ｙ＝Ｌ －Ａｔｌ仅ＩＪＬ广ａ ＋△ｔ ａＬ１一【 ＋ Ａｔ３仅ＬＬ２＋ａ证 一△ （２） 式中： Ｌ一一被检仪器在示值误差最大值位置时的示 值．ｍｍ； 被检仪器在示值误差最小值位置时的示值， ｍｍ； ａ一一光栅线位移装置在示值误差最大值位置时 的读数，ｍｍ： ａ 光栅线位移装置在示值误差最小值位置时 的读数，ｍｍ； Ｌ 、Ｌ厂被检仪器与光栅线位移装置在示值误差 最大、最小位置时的位移量，ｍｍ； 仅 ＿被检仪器热膨胀系数，ｑＣ～； ｏ【 光栅线位移装置热膨胀系数，℃～； 广东科技２０１５ ５第１０期
６５ Ｉ１研究园地 △ｔ 一被检仪器在示值误差最大值位置时偏离 ２０℃的温度，℃； △ｔ 一光栅线位移装置在示值误差最大位置时偏 离２０℃的温度，℃： △ｔ 一被检仪器在示值误差最小值位置时偏离 ２０℃的温度，℃： △ｔ厂光栅线位移装置在示值误差最小位置时偏 离２０ 的温度，ｃＣ。 由于光栅线位移装置热膨胀系数与被检仪器热 膨胀系数相同，均为８．０ｘｌ０ ｏＣ～，则有０【Ｌ－－Ｏ￣ ，设ｏ【＝ Ｏ１． 仅 。按ＪＪＧ２０１—２００８对环境条件要求，实验室温度 为（２０＋２）ｏ【＝，温度变化≤１℃／１１，且受检仪器和检定器 具在检定室内平衡温度时间不少于８ｈ，则有Ａｔ 一Ａｔ： Ａｔ３ Ａｔ４，设Ａｔ＝Ａｔ１一Ａｔ２一Ａｔ３ Ａｔ４。式（２）可简化 为： ｙ＝Ｉ ＿－ａ～一Ｌ ｌ＋ａ （３） ３方差和灵敏系数 Ｕ。＝Ｕ （ｙ）＝ｃｌＵ（Ｌ…）＋Ｃ２Ｕ（ａｍａｘ）＋ ｃ３ｕ（Ｌｍｉ ）＋ｃ４ｕ ａ ｉ ） （４） 式中：Ｃ１－ ０ ｙ＝１’ｃｚ＝ ０ ｙ ＝－ｌ，ｃｓ ＿ｌ’ｃ ＝ Ｌ＝１ ｄａｍｉｎ ｕ（ ）与ｕ（ｋｎ）均为检表仪带来的不确定度，两 者为强相关量，可设为ｕ（Ｌ）＝ｕ（Ｌ ＝ｕ（ｋｎ）。同理，ｕ（ａ）＝ ｕ（ａ ＝ｕ（ａ ｎ）。 可得：ｕ：＝ｕ （ｙ）：２ｕ （Ｌ）＋２ｕ ａ） ４标准不确定度计算 ４．１被检仪器引入的不确定度ｕ（Ｌ） 按ＪＪＧ２０１—２００８，光栅式指示表检定仪检仪器分 辨力不大于０．５ｔｘｍ，而按ＪＪＧ２Ｏｌ一２００８，光栅式指示表 检定仪的重复性不大于０．１ ｍ。按规程中重复性测量 方法所述．重复性为１０次示值最大变化量的１／３．０８。 当检定仪分辨力为０．５１ｘｍ时．若仪器在１０次测量中 产生了１个分辨力（即０．５ ｍ）的变化量，则有０．５／ ３．０８＝０．１６ｔｘｍ＞０．１Ｉｘｍ。除非仪器没有示值变化，即重复 性为０，否则均为不合格。这显然是不合理的，本文不 作考虑。目前各厂家生产的光栅式指示表检定仪以 ０．２ ｍ、０．１Ｉｘｍ分辨力为主，由量化误差引入的不确定 度均大于由重复性引入的不确定度。故以分辨力为被 检仪器引入的主要不确定度来源 ６６广东科技２０１５ ５第１０期 以０．２￣ｍ为例，其量化误差为±Ｏ．１ ｍ，服从均匀 分布，则： ｕ（Ｌ）： ：０．０６ ｍ Ｖ ３ ４．２光栅线位移测量装置引入的不确定度ｕ（ａ） 光栅线位移测量装置的最大示值误差为±０。２１．ｚｍ． 区间半宽为０．１ｌｘｍ，服从均匀分布。按Ｂ类评定有 ｕ ａ）： ０．０６ ５合成不确定度 ｕ ：￣Ｖ／—２ｘ０．０６２＋—２￣０．０６２：０．１２ ｍ ６扩展不确定度 取包含因子ｋ＝２．０．则 Ｕ＝ｋｘｕ ＝２．ＯｘＯ．１ ２＝０．２４１－ｍ ７可行性判断 ＪＪＧ２０１－－２００８中光栅式指示表检定仪的示值误 差要求如表１。 表１光栅式指示表检定仪示值误差允差表 测量范围／ｒａｍ 最大允许误差／ＬＬｍ 任意ｌｍｍ范围内 １ Ｏ～１Ｏ 任意２ｒａｍ范围内 １．５ １０ｒａｍ范围内 ２ 任意ｌｍｍ范围内 １ 任意２ｍｍ范围内 １．５ ０～５０ 任意１０ｒａｍ范围内 ２ 任意３０ｍｍ范围内 ３ ５０ｒａｍ范围内 ６ 从表１可知，按Ｕ＝０．３ｐ，ｍ，在各范围内仍满足Ｕ＜ １／３ＭＰＥＶ。该检定方法符合ＪＪＦ１０９４—２００２（（￣Ｊ量仪器 特性评定》的要求，方法科学合理、可行，同样可以用 于检定百分表检表仪（机械、数控式）、千分表检表仪。 参考文献： ［１］ＪＪＧ２０１－２００８，指示类量具检定仪检定规程［Ｓ］ ［２］ＪＪＦ１０５９．１—２０１２，测量不确定度评定与表示［Ｓ］ 作者简介：杨昭信（１９８３一），男，助理工程师，硕士，从事几何量 计量技术工作。
